但是在RTOS中还有一种不是那么常见的程序,叫协程。今天就来简单聊聊RTOS中协程和任务的内容,以及它们的区别。
什么是协程?
协程,是协同程序的缩写,英文名Coroutine。
协程是一种比线程更加轻量级的并发编程模型、程序组件,它允许单个线程内执行多个协程,而这些协程可以在执行过程中挂起和恢复,从而实现并发执行的效果。
这里通过一张图来了解下进程、线程和协程的关系:
协程主要由三种状态:运行(Runing)、就绪(Ready)、阻塞(Blocked)。
运行:当协程实际执行时,它被称为处于运行状态,当前协程正在使用处理器。
就绪:就绪的协程是那些能够执行(未阻塞)但目前未执行的协程。
阻塞:如果协程当前正在等待时间事件或外部事件,则该协程被称为处于阻塞状态 。
协程的函数结构:
void vACoRoutineFunction( CoRoutineHandle_t xHandle,
UBaseType_t uxIndex )
{
crSTART( xHandle );
for( ;; )
{
//-- Co-routine application code here. --
}
crEND();
}
以调用 crSTART() 开始,调用 crEND() 结束,协程函数不应返回任何值。
它其实和RTOS中的任务有点类似,但也有很多不同(最后说区别)。
协程的案例
上面通过文字描述可能对于很多新手有点抽象,也有点难理解,这里结合代码案例给大家描述协程。
1、创建一个简单的LED闪烁协程
void vFlashCoRoutine( CoRoutineHandle_t xHandle,
UBaseType_t uxIndex )
{
crSTART( xHandle );
for( ;; )
{
// 延时一段时间
crDELAY( xHandle, 10 );
// 闪烁(翻转LED)
vParTestToggleLED( 0 );
}
crEND();
}
2、调度协程
通过调用 vCoRoutineSchedule() 来调度协程。可以在任务空闲的时候:
void vApplicationIdleHook( void )
{
vCoRoutineSchedule( void );
}
或者在没有执行其他函数的时候,循环调用:
void vApplicationIdleHook( void )
{
for( ;; )
{
vCoRoutineSchedule( void );
}
}
3、创建协程并启动任务调度器
比如:在 main() 函数中创建并启动调度器。
void main( void )
{
// 创建协程
xCoRoutineCreate( vFlashCoRoutine, PRIORITY_0, 0 );
//启用调度器.
vTaskStartScheduler();
}
void main( void )
{
int i;
for( i = 0; i < NUM_COROUTINES; i++ )
{
// This time i is passed in as the index.
xCoRoutineCreate( vFlashCoRoutine, PRIORITY_0, i );
}
// NOTE: Tasks can also be created here!
// Start the RTOS scheduler.
vTaskStartScheduler();
}
const int iFlashRates[ NUM_COROUTINES ] = { 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 };
const int iLEDToFlash[ NUM_COROUTINES ] = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 }
void vFlashCoRoutine( CoRoutineHandle_t xHandle, UBaseType_t uxIndex )
{
crSTART( xHandle );
for( ;; )
{
// 根据索引设定延时
crDELAY( xHandle, iFlashRate[ uxIndex ] );
// LED闪烁
vParTestToggleLED( iLEDToFlash[ uxIndex ] );
}
crEND();
}
RTOS中协程与任务的区别
上面通过案例介绍的协程的内容,有使用过RTOS(任务)编程的朋友应该都能看明白,其实任务和协程有很多相似之处,但也有很多区别:
1、调度和管理
任务由操作系统进行调度和管理,而协程不需要系统调度器来管理,而是由用户自己管理。
2、占用资源
任务通过系统调用,会占用更多系统资源,而协程在单个线程中执行,不会像多线程那样消耗大量的系统资源。
3、RAM使用量
协程不占用系统资源,因此协程更适合用于RAM较小的处理器,如早期的8位、16位MCU。
4、限制
协程的优势是使用的 RAM 较少,但代价是协程存在更多的限制。与任务相比,协程的限制性更强,使用起来也更复杂 。
5、执行效率
由于协程的切换是由程序自身控制的,没有线程切换的开销,因此协程在执行效率上通常更高。
6、......
早期,MCU资源和性能相对都不高,有些RTOS(如FreeRTOS)都有协程的功能。但是,随着MCU资源和性能的提升,协程已经被线程(任务)替代了。
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